相敏保護(hù)技術(shù)在礦井低壓長距離供電中的研究與應(yīng)用

安文 徐鵬 王益（新汶礦業(yè)集團(tuán)公司協(xié)莊煤礦 山東 新泰 271221）

0 前言

在煤礦供電中，由于井下電氣設(shè)備所處的環(huán)境惡劣，設(shè)備易受潮、絕緣自然老化、機(jī)械損傷及過電壓擊穿、人為的誤操作等原因，都極易引起供電線路及設(shè)備缺相或短路，如不及時(shí)切除故障線路或設(shè)備，往往造成嚴(yán)重事故，因此，在出現(xiàn)短路及斷相事故時(shí)，應(yīng)立即切除故障線路及設(shè)備，以防事故蔓延。目前，這種故障狀態(tài)的保護(hù)是靠過流保護(hù)來實(shí)現(xiàn)的，其過流保護(hù)動(dòng)作值是按躲過最大容量電機(jī)的起動(dòng)電流及其它同時(shí)運(yùn)行設(shè)備額定電流之和為依據(jù)進(jìn)行保護(hù)整定，此種整定方式在供電線路短路電流較大時(shí)，較容易滿足過電流保護(hù)靈敏度及電機(jī)起動(dòng)電流的要求。但目前使用的電機(jī)，其起動(dòng)電流很大（可達(dá)額定電流的6-10倍），與線路發(fā)生短路故障時(shí)的電流相接近，因而使短路時(shí)電流值的整定發(fā)生困難，有的保護(hù)裝置將短路電流的整定值設(shè)定為電機(jī)額定電流的10倍以躲開起動(dòng)電流，這樣當(dāng)起動(dòng)電流較大時(shí)，不能分辨出是發(fā)生了三相短路還是電機(jī)正常起動(dòng)，容易發(fā)生誤動(dòng)作。也有些保護(hù)裝置利用延時(shí)幾秒鐘的方法，以躲開正常起動(dòng)過程，這樣也是不妥的，因?yàn)楫?dāng)起動(dòng)過程中正好發(fā)生短路故障時(shí)，無法對(duì)故障線路進(jìn)行保護(hù)。為此需要研究一種新型保護(hù)裝置，克服上述保護(hù)裝置的缺點(diǎn)，達(dá)到安全供電的目的。

1 相敏保護(hù)原理

通過分析供電線路及設(shè)備在短路及斷相狀態(tài)下電流和電壓的相位變化，可發(fā)現(xiàn)其相位與電氣設(shè)備正常運(yùn)行或電機(jī)的起動(dòng)時(shí)相位有明顯改變，在故障狀態(tài)下，總有一相或幾相電流的相位和電壓的相位差趨于零或超前。而在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，電流相位總是滯后電壓，且比正常運(yùn)行時(shí)相位差增大，利用此特點(diǎn)即可區(qū)分出供電線路或設(shè)備過電流是由于大容量電機(jī)起動(dòng)，還是非正常狀態(tài)造成的過電流。即使是較小的短路電流和斷相電流也可以明顯區(qū)分，從而減小過電流的整定動(dòng)作值，提高過電流保護(hù)的靈敏度。根據(jù)此原理，設(shè)計(jì)出由電流和電壓相位差實(shí)現(xiàn)過電流保護(hù)功能的相敏過電流保護(hù)裝置。

相敏保護(hù)的實(shí)現(xiàn)

供電線路或設(shè)備經(jīng)電流互感器及I-V轉(zhuǎn)換電路，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成和電流成一定比例的電壓信號(hào)V，該信號(hào)經(jīng)移相、整形電路形成和電流相位一致的方波信號(hào)。電流和電壓方波信號(hào)送入信號(hào)比較電路，該電路在電壓相位超前電流相位時(shí)，輸出和電流與電壓相差一致的方波信號(hào)，而當(dāng)電流相位超前電壓相位時(shí)，該電路不輸出信號(hào)，而是利用信號(hào)比較電路判斷出電流和電壓的相位差，區(qū)別出是由于大容量電機(jī)起動(dòng)還是短路、斷相造成的過電流。通過相位整定電路，可以調(diào)整電流和電壓相位差的動(dòng)作范圍。同時(shí)，通過電流整定回路可調(diào)整過電流的最大動(dòng)作值，以保證供電線路或設(shè)備超過此整定值時(shí)能快速跳閘。

2 應(yīng)用效果

投用相敏保護(hù)后，短路保護(hù)整定值能比按《煤礦井下低壓電網(wǎng)短路保護(hù)裝置的整定細(xì)則》整定的短路保護(hù)整定值降低40%，可以大大提高可靠動(dòng)作系數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)煤礦井下長距離供電的安全保護(hù)。

以我礦2206E綜采工作面為例，乳化泵站配電點(diǎn)安置在二采一片口皮帶檢修通道處，工作面煤機(jī)、溜子的供電距離長達(dá)1100米，為保證435kW煤機(jī)正常工作，滿足短路繼電保護(hù)整定校驗(yàn)，630A饋電開關(guān)的過載保護(hù)整定為540A，短路保護(hù)整定為1890A，為滿足靈敏度校驗(yàn)的要求，需使用4根1100米95mm2千伏級(jí)電纜（煤機(jī)兩根，面溜子兩根）。而采用相敏保護(hù)技術(shù)后，可大大降低短路保護(hù)整定值，由原來的1890A改為1350A，這樣在使用兩根1100米95mm2千伏級(jí)電纜（煤機(jī)一根，面溜子一根）的情況下，即可滿足要求。由此可節(jié)省95mm2千伏級(jí)電纜1100米×2=2200米。

按每米300元計(jì)算，節(jié)省電纜費(fèi)用：

3 結(jié)語

今后煤礦回采工作面的走向長度越來越長，裝機(jī)功率越來越大，供電距離越來越長，采用相敏保護(hù)技術(shù)可以節(jié)約大量的供電電纜，為煤礦創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。